数字逻辑 绪论.ppt

1、绪 论,数字电路的基本概念 电子器件的发展 设计方法的变化 常用的数制与编码,3,数字电路的基本概念,数字系统是一个能够对数字信号进行加工、传递和处理的实体，是由实现各种功能的数字电路相互连接而成。 用来处理数字信号的电子线路称为数字电路。数字电路是数字计算机和各类数字系统功能实现的物质基础。,4,数字电路组成的一般框图,数字电路的输入与输出的数据以及控制与操作的变量都是数字信号。,5,模拟信号与数字信号,模拟信号 数值的变化在时间上是连续的，如语音信号,数字信号 数值的变化在时间上是不连续的，离散的,6,模拟信号与数字信号的转换,数字系统中处理的是数字信号，当数字系统要与模拟信号发生联系时，

2、必须经过模/数(A/D)转换和数/模(D/A)转换电路，对信号类型进行变换。,7,数字信号的表示方法,用0、1数值表示 用低和高电位表示 用脉冲信号的无和有表示,8,数字电路的波形,数字电路中采用只有0、1两种数值组成的数字信号。,9,数字电路的特点,电路的基本工作信号是二值信号。它表现为电路中电压的“高”或“低”、开关的“接通”或“断开”、晶体管的“导通”或“截止”等两种稳定的物理状态。 研究对象是输入和输出的逻辑关系，因此主要的分析工具是逻辑代数，表示电路功能的主要是真值表、逻辑表达式及波形图等。 电路结构简单、功耗低、便于集成制造和系列化生产。产品价格低廉、使用方便、通用性好。 所构成的

3、数字系统工作速度快、精度高、功能强、可靠性好。,10,数字电路功能,对数字信号进行运算： 进行逻辑推理判断,因为具有这两个功能，所以数字电路应用相当广泛。,11,数字电路的应用,数字通讯：利用0和1编成各种代码，分别代表不同的含义，用以实现信息传送,12,数字电路的应用,数字控制：利用数字电路逻辑功能，设计出各种控制装置，实现对生产过程的自动控制,13,数字电路的应用,数字测量：显示十进制数、对测量结果进行分析处理,14,数字电路的应用,计算机渗透到国民经济、人民生活的一切领域，可以说与“数字”相关的事物代表着现代和先进,数字电视 数字图书馆 数字化部队 ,15,数字电路的类型,如果一个逻辑电

4、路在任何时刻的稳定输出仅取决于该时刻的输入，而与电路过去的输入无关，则称为组合逻辑电路。 如果一个逻辑电路在任何时刻的稳定输出不仅取决于该时刻的输入，而且与过去的输入相关，则称为时序逻辑电路。,根据一个电路是否具有记忆功能，可将数字逻辑电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。,16,数字电路的研究方法,对数字系统中逻辑电路的研究有两个主要任务：一是分析，二是设计。 对一个已有的数字逻辑电路，研究它的工作性能和逻辑功能称为逻辑分析。 根据提出的逻辑功能，在给定条件下构造出实现预定功能的逻辑电路称为逻辑设计，或者逻辑综合。,17,电子器件的发展,18,电子管,1906年，福雷斯特（Yale）发明了电子

5、管。电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。1946年由美国宾夕法尼亚大学研制的世界上第一台计算机，用了1.8万只电子管，占地170m2，重30吨，功耗150kw/h ，运算速度5000次/秒，造价100万美元。目前仅在一些大功率发射装置中使用。,电压控制器件 电真空技术,19,晶体管,1948年，肖克利（MIT）等发明了晶体管，其性能在体积、重量方面明显优于电子管，但器件较多时由分立元件组成的分立电路体积大、焊点多、电路的可靠性差。,电流控制器件 半导体技术,20,集成电路,1959年，第一块集成电路板在基尔比（UIUC）的手中诞生了。集成电路出现，成千上万个器件集成在一块芯片，大大促进了电子

6、学的发展，尤其促进数字电路和微型计算机的飞速发展。,芯片中集成上万个等效门。,21,集成电路的特点,电路简单，便于大规模集成，批量生产 可靠性、稳定性和精度高，抗干扰能力强 体积小，通用性好，成本低。 具可编程性，可实现硬件设计软件化。 高速度 低功耗。 加密性好。,22,英特尔重要里程碑,1982年： 80286微处理器推出，成为英特尔的第一个16位处理器，286处理器使用了13400个晶体管。 1985年：英特尔 386微处理器问世，含有27.5万个晶体管。386是32位芯片，具备多任务处理能力。 1993年：英特尔奔腾处理器问世，含有300万个晶体管。 1999年2月：英特尔奔腾III处

7、理器，含有950万个晶体管。 2002年1月：奔腾4处理器推出，含有5500万个晶体管。 2003年3月12日：针对笔记本的英特尔迅驰移动技术平台诞生，包括了 “英特尔奔腾M处理器” ，该处理器包含7700万个晶体管。 2006年7月27日：英特尔酷睿2双核处理器诞生，该处理器含有2.9亿多个晶体管。 2007年1月8日：针对桌面电脑的英特尔酷睿2四核处理器，该处理器含有5.8亿多个晶体管。,23,设计方法的变化,传统的设计方法 纯硬件电路逻辑设计，采用试凑法 ； 现代的设计方法 硬件设计软件化，采用电子设计自动化EDA（Electronics Design Automation）技术,24,

8、传统的设计方法,采用自下而上的设计方法，纯硬件电路逻辑设计；采用试凑法，由人工组装,经反复调试、验证、修改完成。较适合分立元件及小规模集成电路的设计，所设计电路需反复调试，且所用的元器件较多，出问题几率较高，电路的可靠性较差，设计周期长。,25,现代的设计方法,随着数字技术的发展，数字逻辑设计实现了硬件设计软件化，即从传统的硬件逻辑设计发展为硬件逻辑设计、软件逻辑设计及兼有两者优点的集成电路ASIC设计。采用从上到下或从下到上设计方法，出现了相应的电子设计自动化技术（Electronics Design Automation：EDA）和复杂电路的测试技术，电路设计、分析、仿真 、修订 全通过计

9、算机完成。,26,EDA技术,EDA技术以计算机为基本工具、借助于软件设计平台，自动完成数字系统的仿真、逻辑综合、布局布线等工作。最后下载到芯片，实现系统功能。使硬件设计软件化。,1. 在计算机上利用软件平台进行设计,27,EDA技术（续）,4、验证结果,实验板,下载线,28,常用的几种数制,十进制数 二进制数,不同数制的“数”可以等效转换，二、八、十六进制数之间的转换非常容易。 表示同一含义时，数制愈大，所需位数愈少，用二进制数表示时，位数最长。,八进制数 十六进制数,29,编 码,编码：用一组二进制码按一定规则排列起来以表示数字、符号等特定信息的过程，例如BCD码是用4位二进制数表示1位十进制数的编码。,有权BCD码 每一位都对应有固定的权 余3码 无权码，对9的自补码 格雷码 任意两组相邻码之间只有一位不同，循环码 字符和数符编码,30,有权BCD码,余3码（对9的自补码）,0+3,格雷码（循环码）,33,格雷码 可靠性编码,例：使十进制数3变为4,广泛用于输入、输出场合,数符,七段显示器件,1 1 1 1 1 1